JP6634600B2 - 塗布ヘッドのクリーニング装置とクリーニング方法 - Google Patents

Description

本発明は、塗布ヘッドのクリーニング装置とクリーニング方法に関するものである。特に、インクジェットヘッド用のクリーニング装置とクリーニング方法に関するものである。

従来のインクジェットヘッドのクリーニング装置としては、ノズル面に対向するように形成された開口部と、開口部に設けられた複数の吸引孔と、複数の吸引孔からインクジェットヘッドのノズル面に付着したインクを吸引する吸引手段と有しているものがある（特許文献１）。

図８は、特許文献１に記載された従来のインクジェットヘッド１０１のクリーニング装置１００を示す断面図である。複数の吸引孔１０２ａを有する円筒状部材１０２ｂは一定の隙間でインクジェットヘッド１０１のノズル面と対向するように設置される。インクジェットヘッド１０１とクリーニング装置１００を相対的に移動させながら、吸引孔１０２ａからノズル面に付着したインクを吸引除去している。

特開２０１３−９１２６６号公報

しかしながら、従来の構成では、吸引孔１０２ａがインクの直下に来たときにしか、インク吸引作用しないため、付着インクが除去しきれずにノズル面にインクが残ってしまう可能性があるという課題を有している。

本発明は、従来の課題を解決するもので、ノズル面のインクなどを残さずクリーニングする塗布ヘッドのクリーニング装置とクリーニング方法とを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、インクを塗布ヘッドの複数のノズルが配置されたノズル面と、クリーニング装置の平面部とを近づける工程と、上記ノズル面と上記平面部とを平行状態で上記複数のノズルの配列方向へ相対的に移動させ、上記ノズル面と上記平面部とのギャップに、上記インクを毛細管現象により引き込み、上記平面部に配置された吸引部により、上記インクを吸引する吸引工程と、含む塗布ヘッドのクリーニング方法を用いる。

１組の直方体のリブを有する平面部と、上記平面部の両端に隣接する傾斜部と、上記１組のリブ間の上記平面部に配置されたスリット状の吸引部と、を含み、上記スリットの長手方向と上記直方体の長手方向とは垂直である塗布ヘッドのクリーニング装置を用いる。

本発明のインクジェットヘッドのクリーニング方法、装置によれば、インクジェットヘッドのノズル面とクリーニング装置平面部とのギャップに毛細管現象によりインクを引き込んで吸引することにより、ノズル面でのインク残りの発生を抑制することができる。

（ａ）〜（ｃ）実施の形態１におけるインクジェットヘッドのクリーニング装置を備えたインクジェット印刷装置の平面図 （ａ）実施の形態１におけるラインヘッドの構成を示す断面図、（ｂ）〜（ｃ）実施の形態１におけるラインヘッドのノズル面を示す平面図 （ａ）実施の形態１におけるクリーニング装置の構成を示す断面、（ｂ）〜（ｃ）実施の形態１におけるラインヘッドのノズル面とクリーニング装置を示す平面図 実施の形態１におけるクリーニングヘッドを示す斜視図 （ａ）〜（ｂ）実施の形態１におけるクリーニングプロセスを示す斜視図、（ｃ）〜（ｄ）実施の形態１におけるクリーニングプロセスを示す断面図 実施の形態１におけるクリーニングプロセスの最終段階を示す図 実施の形態２におけるクリーニングヘッドを示す斜視図 特許文献１に記載された従来のクリーニング装置を示す断面図

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
＜インクジェット印刷装置＞
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本発明の実施の形態１におけるクリーニング装置を備えたインクジェット印刷装置１の平面図である。

図１（ａ）において、インクジェット印刷装置１は、スライダ２と、印刷ステージ３と、ガントリー５と、ラインヘッド１０と、クリーニング装置６とで構成される。

印刷ステージ３は、ガラス基板４を表面に保持し、スライダ２上を走行する。

ガントリー５は、スライダ２上方をまたがって配置されている。

ラインヘッド１０は、ガントリー５上を印刷ステージ３の走行方向と直交方向に移動する。ラインヘッド１０は、複数のインクジェットヘッドで構成される。なお、インクジェットヘッドだけでなく塗布ヘッドならよい。

クリーニング装置６は、ガントリー５の下のスライダ２と異なる位置に設置される。

＜動作＞
印刷ステージ３の位置に同期してラインヘッド１０からインク液滴を吐出し、印刷ステージ３上に保持されたガラス基板４の所望の位置にインクを塗布する。印刷回数を重ねた結果、インク液滴の吐出状態が悪化した場合、或いは定期的に、ラインヘッド１０はクリーニングされる。ラインヘッド１０は、ガントリー５上をクリーニング装置６まで移動し、ラインヘッド１０のインクジェットヘッドはクリーニングされる。

その後、ラインヘッド１０は、印刷ステージ３の直上まで移動し、印刷を再開する。本構成はクリーニング頻度が少ない場合に適しており、印刷エリアとクリーニングなどのメンテナンスエリアとを分けることができる。

＜別の構成のインクジェット印刷装置＞
図１（ｂ）は、異なる構成のインクジェット印刷装置１である。クリーニング装置６をスライダ２上、或いは、スライダ２と同じ軸上の異なるスライダ上に配置した。

クリーニング装置６は、通常の印刷動作時には印刷ステージ３とは逆のスライダ２端部で待機しており、クリーニングを実施する際にラインヘッド１０直下まで移動し、インクジェットヘッドをクリーニングする。本構成はクリーニング頻度が多い場合に有効である。

図１（ｃ）は、異なる構成のインクジェット印刷装置１である。印刷ステージ３の端部にクリーニング装置６を備え、印刷ステージ３が待機位置にある場合に、クリーニング装置６がラインヘッド１０の直下に位置するように配置している。

本構成の場合、ガラス基板４の取替えなど、一連の印刷動作の合間にクリーニングを実施することが容易になるため、クリーニングが頻繁に必要な場合に有効である。

＜ラインヘッド１０＞
図２（ａ）は、ラインヘッド１０の構成を示す断面図である。図２（ａ）において、ラインヘッド１０は、複数のインクジェットヘッド１１と、インクジェットヘッド１１へのインクの供給源であるインクタンク１３と、インクタンク１３から供給されたインクを各々のインクジェットヘッド１１に分配する分配タンク１２と、それぞれのインクジェットヘッド１１を駆動するための制御回路１４とからなる。

インクジェットヘッド１１は、複数のノズル穴を有し、各ノズル穴に対しインクが充填されており、インクタンク１３で制御された圧力により、ノズル穴出口から液漏れ、泡かみしない状態で保持されている。

また、インクジェットヘッド１１は駆動素子（圧電素子）を有し、制御回路からの吐出信号により駆動素子を駆動し所望の液滴を所望のノズル穴から吐出する。

図２（ｂ）、図２（ｃ）は、ラインヘッド１０の印刷ステージ３と対向する面（ノズル１９の面）のインクジェットヘッド１１の配置を示す図である。ラインヘッド１０において、印刷ステージ３の走行方向と直交方向の印刷分解能は、ノズル１９のピッチで決まる。このため、図２（ｂ）のように印刷ステージ３の走行方向（印刷方向）に対して、インクジェットヘッド１１を傾けて配置する場合や、図２（ｃ）のように印刷ステージ３の走行方向に対してインクジェットヘッド１１を重ねて配置する場合がある。

＜クリーニング装置６の概略＞
図３（ａ）は、クリーニング装置６の構成を示す概略断面図である。図３（ａ）に示すように、クリーニング装置６は多軸ステージ６２上に吸引口を有する複数のクリーニングヘッド６１を備えている。また、クリーニングヘッド６１にはそれぞれＯＮ／ＯＦＦバルブ６４を備えた吸引用配管６３が接続されており、吸引用配管６３は液体トラップ６５を介して真空ポンプ６６に接続されている。

複数のクリーニングヘッド６１は、図２（ｂ）のようにインクジェットヘッド１１を配置したラインヘッド１０の場合には、図３（ｂ）のように、インクジェットヘッド１１と対になるように配置されている。

また、複数のクリーニングヘッド６１は、図２（ｃ）のような配置のラインヘッド１０の場合には、図３（ｃ）のように、インクジェットヘッド１１と対になるように配置されている。

多軸ステージ６２により、インクジェットヘッド１１と対向する位置にクリーニングヘッド６１を移動し、クリーニング対象のインクジェットヘッド１１と対になっているクリーニングヘッド６１のみをインクジェットヘッド１１と近接させ、ＯＮ／ＯＦＦバルブ６４を開放し、吸引しながらインクジェットヘッド１１のノズル面を走査し、クリーニングを実施する。

＜クリーニング装置６の詳細＞
図４は、本発明の実施の形態１におけるクリーニングヘッド６１を示す斜視図である。

図４では、インクジェットヘッド１１のノズル１９の面を含めて図示している。

クリーニングヘッド６１において、ブロック７０は、クリーニングヘッド６１の本体である。

ブロック７０は、クリーニング方向の端面が落としてあり、側面が傾斜面となっている。ブロック７０の頂部は平面状である平面部７１がある。平面部７１のクリーニング方向と直交する方向の端部のそれぞれに１組のリブ７３（直方体）が設けられている。平面部７１の中央には、スリット状の吸引口７２がある。スリットの長手方向は、クリーニング方向と垂直である。また、スリットの長手方向は、リブ７３の長手方向と垂直である。スリットが垂直方向なので、スリットに均質にインクが流れ込み、効率的に残すことなく吸い取ることができる。

寸方の一例として、ブロック７０の幅はインクジェットヘッド１１の幅と同等の１１ｍｍ、リブ７３の幅は０．５ｍｍ、リブ７３の長さは５ｍｍ、リブ７３の高さは１５μｍ、吸引口７２のスリット幅は１ｍｍ、スリット長さは約１０ｍｍとした。

ブロック７０はクリーニング方向の端面が傾斜させている。平面部７１が頂部で面積が小さく、下方ほど断面積を大きくしている。これは、両方向からクリーニングをするためである。両方向で対称な形状にするのが好ましい。

ギャップ寸法（リブ７３の高さ）は、１５±５μｍ程度が好ましい。寸法が大きくなると、空間ができ、インクが残りやすい。

ブロック７０は、インクに対して耐性があり、撥水膜でコーティングされたノズル面よりインクに対して濡れやすいＰＥＥＫ材を使用した。フッ素系樹脂でもより、ほとんどのインクに対して、耐性がある。特にＰＥＥＫなら、インクに濡れやすい材料でよい。

吸引口７２はブロック７０を貫通しており、ブロック７０の背面から吸引用配管６３に繋がっている。吸引用配管６３は、ＯＮ／ＯＦＦバルブ６４、液体トラップ６５を介して吸引速度３０Ｌ／ｍｉｎの真空ポンプ６６に接続されている。

クリーニング方向に対し、吸引用配管６３の前後にばね機構７４を設けている。ＯＮ／ＯＦＦバルブ６４を開放し、吸引口７２から吸引した状態で、クリーニングヘッド６１をインクジェットヘッド１１のノズル面に近接させると、ノズル面にリブ７３が接触した状態で、ノズル面にクリーニングヘッド６１が吸着する。平面部７１とノズル１９の面とは平行の状態で相対的に移動する。

ばね機構７４により、クリーニングヘッド６１には姿勢の自由度があるため、クリーニングヘッド６１とノズル面が接触した状態で、これらを相対移動しても、こじることなく、クリーニングヘッド６１がノズル面を滑らかに走行する。

なお、フッ素コート膜（ノズル面）とＰＥＥＫ材（クリーニングヘッド６１）とは、接触する。しかし、クリーニングヘッド６１への押付力が軽いため、大きな振動なく動作する。磨耗も少なく長期間動作できる。

＜吸引プロセス＞
インク充填初期の段階で、インクジェットヘッド１１内の気泡が抜けなかったり、ガラス基板４への印刷を繰り返すうちにノズル１９の表面への付着物などが発生する。また、長期間印刷しない場合、吐出しなくなるノズルや、吐出方向が曲がり印刷位置ズレを起こすノズルが発生してくる。これら不具合ノズルの吐出を回復するためにクリーニングを実施する。

クリーニングプロセスについて、以下図を用いて詳細に説明する。不具合ノズルを回復するために、最初はノズル表面やノズル内に蓄積している気泡、乾燥したインク、インク付着物などを除去し、インクの通りをよくする。

＜パージ＞
まず、図５（ａ）に示すように、パージを実施してノズル１９の内からインクを排出させる。図５（ａ）は、インクジェットヘッド１１に関しては、ノズル１９の面のみを示す。図５（ｂ）も同様である。

パージの方法の一つとしては、図２（ａ）に示したインクタンク１３内を加圧し、分配タンク１２を介して、インクジェットヘッド１１の内圧を正圧にして、ノズルからインクを排出させる加圧パージがある。

インクジェットヘッド１１の内圧は±数ｋＰａの圧力変動があっても、インクの表面張力によってノズルからの液だれや泡かみは発生しないため、圧力＋１０ｋＰａを５秒間保持する加圧パージ方法を実施した。

これにより、インクジェットヘッド１１のノズル穴からインクが排出され、それぞれのノズル穴表面に２〜３ｍｍ程度の直径のインク液滴８０が発生した。

また、別のパージ方法としては、ノズル面にゴム製のキャップを押し当て、ノズル面とキャップとの間の密閉空間を真空吸引することで、ノズルからインクを排出する吸引パージがある。

キャップ内の密閉空間を吸引速度１０Ｌ／ｍｉｎの真空ポンプで１秒間吸引すると、直径２〜３ｍｍ大の液滴をノズル面に排出することができた。

＜クリーニング＞
次にノズルから排出したインク液滴８０を除去するためにノズル面のクリーニングを実施する過程を説明する。図５（ａ）〜図５（ｄ）は、クリーニングヘッド６１がインクジェットヘッド１１のノズル面の左端から右端までノズル面に沿って走行し、ノズル面をクリーニングする様子を示している。

図５（ａ）において、クリーニングヘッド６１はインクジェットヘッド１１のノズル面と対向しており、少し離れた位置からノズル面に向かって上昇する。クリーニングヘッド６１のリブ７３上面でインクジェットヘッド１１のノズル面と接触する。この時、スリット状の吸引口７２を有する平面部７１とノズル面との間は、リブ７３の高さによる１５μｍのギャップが確保されている。

図５（ａ）から、図５（ｂ）へと、クリーニングヘッド６１は進み、クリーニングヘッド６１が、ノズル１９の面に付着したインク液滴８０と接触すると、インク液滴８０は毛細管現象により、ノズル１９の面とクリーニングヘッド６１の平面部７１との間のギャップに広がっていく。

図５（ｃ）、図５（ｄ）は、インクジェットヘッド１１に付着したインク液滴８０がクリーニングヘッド６１と接触する様子を横からみた図である。インク液滴８０は、クリーニングヘッド６１の斜面で最初接触すると、まもなく毛細管現象によりインクジェットヘッド１１とクリーニングヘッド６１との間に入っていく（図５（ｃ））。インクジェットヘッド１１とクリーニングヘッド６１の平面部７１との間には一定間隔のギャップが形成されているため、インク液滴８０は、図５（ｄ）に示したように、ギャップ内を満たすように広がっていく。

図６は、図５（ｄ）から更に時間が進んだときの様子を示した図である。１５μｍのギャップは２〜３ｍｍ大の液滴の大きさに比べて極めて小さいため、インクはたちまちギャップ内を満たし、吸引口７２から吸い込まれていく。

このとき、クリーニングヘッド６１の平面部７１に、ノズル１９の面に比べて撥液性の低い材料を用いているため、インクはクリーニングヘッド６１側にインクは移動し、吸引口７２に沿って吸引、排出される。

インク液滴８０は表面張力によりノズル面に付着しており、インク液滴８０を吸引力によってのみ引き剥がすのは困難で、インク液滴８０が千切れた状態で吸引される。従って、インク液滴８０を吸引しても吸引跡には直径１００μｍ以下の液滴残りが発生したりする。本実施の形態では、ノズル１９の面に付着したインク液滴８０をインクの表面張力により吸引口７２まで引き込むことでインク液滴８０残りの発生を抑制している。

クリーニングヘッド６１は、ノズル１９の面のインク液滴８０を除去しながら、図６に示すノズル面終端まで移動しノズル面を通過したところで、１つのインクジェットヘッド１１のクリーニングを終了する。クリーニングヘッド６１は１０〜１００ｍｍ／ｓの走査速度でクリーニングを実施したが、いずれの場合もインク残渣は発生しなかった。以上のようなクリーニングプロセスにより、インクジェットヘッド１１のノズル面に付着したインク液滴８０を、液滴残りなく除去することができる。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２におけるクリーニングヘッドを示す斜視図である。記載しない事項は実施の形態１と同様である。実施の形態１と異なり、クリーニングヘッド６１のリブ７３上面に複数のエア供給孔７５を設けている。エア供給孔７５は圧力エアを導入するのが効果的であるが、貫通穴でもよい。

インクジェットヘッド１１のノズル面とクリーニングヘッド６１とを近接させた状態で、吸引口７２から吸引すると、エア供給孔７５の下から上方向に空気の流れができる。この空気の流れ（静圧）によって、ノズル１９の面とリブ７３上面との間に隙間が生じる。クリーニングヘッド６１はこの隙間を保持したまま、インクジェットヘッド１１のノズル面に沿って走行し、クリーニングを実施する。

ここで、リブ７３の幅は１ｍｍ、リブ７３の高さは１５μｍ、エア供給孔７５としてはそれぞれのリブ７３に対して直径０．３ｍｍの貫通穴を４ｍｍピッチで２箇所配置した。エア供給孔７５の中心から直径２ｍｍほどの範囲で空気層が形成されるため、エア供給孔７５と吸引口７２との最短距離を２ｍｍ以上あければよい。

これによれば、リブ７３上面とノズル面との間に空気層が形成され（静圧）、直接接触しないことが確認できた。クリーニングを実施したところ、クリーニングヘッド６１の走査速度１０〜１００ｍｍ／ｓの間で、インク残渣なくクリーニングできる。以上に説明したように、本発明の実施の形態２によれば、クリーニングヘッド６１はノズル面と接触しないため、ノズル面を損傷することなく、ノズル面に付着したインク液滴を除去することができる。

（全体として）
実施の形態１、２とは組み合わせることができる。

本発明のクリーニング装置は、インクジェットヘッドだけでなく、インクを塗布する塗布ヘッドへ広く適用できる。

１ インクジェット印刷装置
２ スライダ
３ 印刷ステージ
４ ガラス基板
５ ガントリー
６ クリーニング装置
１０ ラインヘッド
１１ インクジェットヘッド
１２ 分配タンク
１３ インクタンク
１４ 制御回路
１９ ノズル
６１ クリーニングヘッド
６２ 多軸ステージ
６３ 吸引用配管
６４ バルブ
６５ 液体トラップ
６６ 真空ポンプ
７０ ブロック
７１ 平面部
７２ 吸引口
７３ リブ
７４ 機構
７５ エア供給孔
８０ インク液滴
１００ クリーニング装置
１０１ インクジェットヘッド
１０２ａ 吸引孔
１０２ｂ 円筒状部材

Claims (5)

1. インクを塗布ヘッドの複数のノズルが配置されたノズル面と、クリーニング装置の平面部とをばね機構で接触させる工程と、
   前記ノズル面と前記平面部とを平行状態で前記複数のノズルの配列方向へ相対的に移動させ、前記ノズル面と前記平面部とのギャップに、前記インクを毛細管現象により引き込み、前記平面部に配置された吸引部により、前記インクを吸引する吸引工程と、を含み、
   前記平面部に１組のリブがあり、前記リブと前記ノズル面と前記平面部とで、前記インクを毛細管現象により引き込み、
   前記１組のリブと前記ノズル面とが接触することで、前記ノズル面と前記平面部との間隔を一定とする塗布ヘッドのクリーニング方法であり、
   前記ばね機構は、前記クリーニング装置の前記平面部に対して、裏面側に複数あり、前記配列方向に並んでいる塗布ヘッドのクリーニング方法。
2. 前記ノズル面は、フッ素コート膜を有し、前記クリーニング装置の前記ノズル面と接触する部分は、ＰＥＥＫ材である請求項１記載の塗布ヘッドのクリーニング方法。
3. さらに、前記塗布ヘッドより前記インクを出し、前記ノズル面に液滴を設けるパージ工程を含む請求項１または２に記載の塗布ヘッドのクリーニング方法。
4. 前記平面部のインク撥液性は、前記ノズル面のインク撥液性よりも低い請求項１〜３のいずれか１項に記載の塗布ヘッドのクリーニング方法。
5. １組の直方体の前記リブを有する前記平面部と、
   前記平面部の両端に隣接する傾斜部と、
   前記１組のリブ間の前記平面部に配置されたスリット状の前記吸引部と、を含み、
   前記スリット状の吸引部の長手方向と前記直方体の長手方向とは垂直である請求項１〜４のいずれか１項に記載の塗布ヘッドのクリーニング装置。

Images